이동 수집기를 사용하여 무선 센서 네트워크를 액세스하는 방법 및 시스템{SYSTEM AND METHOD FOR USING MOBILE COLLECTORS FOR ACCESSING A WIRELESS SENSOR NETWORK}

본 발명은 일반적으로 무선 센서 네트워크를 액세스하는 것에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로 이동 수집기(mobile collector)를 사용하여 무선 센서 네트워크를 액세스하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

최근, 무선 센서 네트워크와 같은 비 전통적인 측정 시스템에 상당한 관심을 보이고 있다. 무선 센서 네트워크는 일반적으로 각각이 소정의 측정을 수행하고 무선으로 통신할 수 있는 다수의 센서 노드를 포함한다. 센서 노드는 일반적으로 예를 들어 센서(들)(또는 "측정 장치"), 로컬 저장 장치, 프로세서(예로, 중앙 처리 장치(CPU)) 및 무선 (예로, 라디오) 통신 설비를 갖추고 있다. 이러한 센서 노드는 전형적으로 소형이고(예를 들어, 마이크로 센서를 포함함), 전형적으로 작은 범위의 통신 기능을 가진다.

일반적으로, 센서 노드는 후속하는 특징 중 하나 이상을 갖는다. 즉, a) 노드는 배터리 전원 동안 장기간 동작하도록 요구되고, b) 노드는 흔히 전원 제약 때문에 제한된 계산, 메모리 및 통신 기능을 가지고 있고, c) 노드는 전형적으로 단거리 무선 통신을 사용하여 통신을 하고, d) 노드는 일반적으로 원격으로 또는 장치의 정상적인 통신 및 제어를 배제한 다른 환경에서 설치되며, e) 노드는 흔히 저렴하다. 센서 노드는 일반적으로 수명이 길고(몇 년 동안 배치되고), (통신과 전력 모두에 대해) 제한 받지 않고(untethered), 독립적인(unattended) (따라서 자기 구성 및 자기 적응을 할 수 있음) 것으로 여겨진다. 무선 센서 네트워크는 흔히 관심있는 물리적 환경 내에 배치되는 다수의 센서 노드를 포함하고, 이러한 센서 노드는 물리적 환경의 측면을 자세히 측정할 수 있다.

센서 노드는 무선 센서 네트워크 내에 다양한 방식으로 배치될 수 있다. 일 기법에서, ad-hoc 배치(예로, 랜덤 스캐터링)가 사용될 수 있는데, 센서 노드는 특정 스케쥴 또는 사전결정된 배열없이 배치된다. 예를 들어, 초기 배치는 항공기에서 관심 영역으로 랜덤하게 센서 노드를 투하하는 것을 포함할 수 있다. 결과적인 무선 센서 네트워크는 "ad-hoc" 네트워크로서 지칭된다("산란형 네트워크" 또는 "피코 네트워크"와 같은 다른 용어로도 지칭된다). 이 ad-hoc 방식으로 배치된 후, 센서 노드는 서로 상호작용하여 그들 사이에 통신 네트워크를 설정한다. 또 다른 배치 기법에서, 센서 노드는 특히 원하는 위치에 배치되며, 이 센서는 서로에 대해 정확하게 배치될 수 있다.

개개의 센서 노드는 제한된 기능을 가질 수 있지만, 무선 센서 네트워크 전체의 동작은 꽤 복잡할 수 있다. 그러므로, 전체 기능은 개개의 요소를 합한 것보다 클 수 있다. 이것은 데이터 융합(즉, 개개의 센서가 판독한 것을 고레벨 감지 결과로 변환 및 합병하는 프로세스)을 통해 부분적으로 달성될 수 있다. 즉, 센서 노드는 그들의 로컬 환경의 특성을 감지/측정 모두를 할 수 있고 다른 로컬 센서 노드와 지역적으로 통신하여 그 로컬 환경에 대하여 의미론적으로 풍부한 결말을 구성할 수 있다.

센서 노드는 그들의 환경에서 적어도 하나의 특성을 측정하는 기능, 예를 들어 주변 조건(예로, 온도, 습도, 움직임, 소리, 빛, 또는 소정의 물체의 존재 여부)을 검출하는 기능을 가질 수 있다. 무선 센서 네트워크에 대한 다수의 잠재적인 애플리케이션이 존재하는데, 예를 들어 생리학적 모니터링, 주변환경 모니터링(예를 들어, 공기, 물, 토양, 화학물 등의 모니터링), 조건 기반 관리, 군대의 감독, 정확한 농업, 지구 물리학 모니터링, 운송, 사업 과정의 모니터링(예를 들어, 공장 설비 및 재고 추적), 동물 모니터링(예를 들어, 동물이 존재를 검출), 서식지 모니터링 및/또는 다양한 다른 유형의 이벤트의 측정 등을 포함한다.

전형적으로, 센서 네트워크에서 노드의 주요 리소스 제약은 에너지이다. 다수의 센서 네트워크는 배터리에 의해 전력을 공급받고 그들의 주변으로부터 소량의 에너지만을 이용할 수 있는 센서 노드를 배치하기 때문에, 제한된 배터리 전력은 원하는 장기간의 네트워크 동작을 달성함에 있어서 주용 장애물 중에 하나이다. 감지 및 그에 따른 데이터 수집에 있어서 전력 소모를 줄이는 것은 넓은 연구 과제이다. 대부분의 네트워크 센서에서 주요 에너지 소모자는 무선(예를 들어, 라디오) 전송이다.

무선 센서 네트워크는 그들의 로컬 환경에 대한 대량의 상세 측정(또는 감지) 데이터를 수집할 수 있다. 이러한 데이터는 무선 센서 네트워크로부터 멀리 떨어져 위치한 애플리케이션에 전달될 수 있다. 몇몇 경우에 있어서, 지역적 고전력(또는 장기간) 통신 장치(또는 "데이터 수집기")가 사용되어 센서로부터 데이터를 수집할 수 있고 그 데이터를 애플리케이션에 제공하거나 애플리케이션에서 센서로 정보를 제공할 수 있다.

본 발명은 이동 수집기를 사용하여 무선 센서 네트워크를 액세스하는 하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 소정의 실시예에서, 무선 센서 네트워크에 대해 예측할 수 없는 이동성을 갖는 하나 이상의 이동 수집기가 배치되어 무선 센서 네트워크를 액세스하는데 사용된다. 예를 들어, 이러한 이동 수집기의 진행 경로 및/또는 스케쥴은 무선 센서 네트워크에 대해 예측할 수 없다. 그러므로, 무선 센서 네트워크의 액세스에 대하여 확신을 갖도록 설계된 액세스 기법에 의존하기보다는, 본 발명의 소정의 실시예는 무선 센서 네트워크의 액세스에 있어서 통계적 확률에 의존하는 액세스 기법을 사용한다. 예를 들어, 무선 센서 네트워크를 액세스하도록 동작하는 다수의 이동 수집기를 배치함으로써, 어느 지점에서(또는 동시에 다양한 지점에서) 적어도 하나의 이동 수집기가 무선 센서 네트워크의 범위 내에서 진행하여 그들을 액세스할 하게될(예를 들어, 이동 수집기가 무선 센서 네트워크로부터 데이터를 수집하거나 이동 수집기가 데이터를 무선 센서 네트워크에 전달할 수 있게 될) 통계적 확률이 존재한다. 소정의 구현에서, 휴대용 전화기와 같은 범용 이동 통신 장치는 이동 수집기로 사용되어 무선 센서 네트워크를 액세스하는데 적절하다.

소정의 실시예는 전력 및 센서 네트워크 내의 장거리 통신에 대한 요구를 급진적으로 감소시킴으로써 보다 융통성있게 센서 네트워크를 배치할 수 있다. 소정의 구현은 임의적인 이동 수집 장치를 사용하여 센서 네트워크를 액세스하고 센서 네트워크와 애플리케이션 서버 사이의 정보를 잠재적으로 랜덤한, 일시적인 통신 링크를 통해 양방향으로 통신한다.

적어도 하나의 실시예에 따르면, 하나의 방법은 무선 센서 네트워크에 대해 예측할 수 없는 이동성을 갖는 적어도 하나의 이동 데이터 수집기를 사용하여 무선 센서 네트워크에서의 적어도 하나의 센서로부터의 적어도 하나의 데이터 수집 및 그로의 데이터 통신을 수행하는 단계를 포함한다.

적어도 하나의 실시예에 따르면, 하나의 방법은, 각각이 무선 센서 네트워크의 노드를 통신식으로 액세스할 수 있고 각각이 독립적으로 이동할 수 있는 다수의 이동 수집기를 배치하는 단계를 포함한다. 이 방법은 무선 센서 네트워크의 적어도 하나의 노드와 통신 액세스를 필요로 하는 애플리케이션을 이용하는 단계를 더 포함하는데, 이 애플리케이션은 다수의 이동 수집기들 중 적어도 하나가 원하는 통신을 수행하도록 무선 센서 네트워크의 적어도 하나의 통신 범위 내에서 진행할 것이다.

또한, 적어도 하나의 실시예에 따르면, 시스템은 다수의 노드를 구비한 무선 센서 네트워크를 포함한다. 다수의 노드들 중 적어도 하나는 a) 무선 통신을 통해 무선 센서 네트워크의 다른 노드와 통신하기 위한 인터페이스와, b) 일시적인 통신 링크를 통해 이동 수집기와 통신을 하기 위한 인터페이스를 포함한다. 이 시스템은 무선 센서 네트워크의 노드와 통신하기 위한 제 1 범위의 통신을 갖는 제 1 인터페이스를 더 포함한다. 적어도 하나의 이동 수집기는 무선 센서 네트워크에 대해 외부적인 노드와 통신하기 위한 제 2 인터페이스를 더 포함하는데, 이 제 2 인터페이스는 제 1 범위보다 더 넓은 범위로 통신할 수 있다. 무선 감지 네트워크에 대해 외부적인 노드는 무선 센서 네트워크를 액세스하여 a) 무선 센서 네트워크로부터의 데이터 수집를 수행하는 단계 및 b) 무선 센서 네트워크로의 데이터 통신을 수행하는 단계 중 적어도 하나를 수행하는 적어도 하나의 이동 수집기에 의존한다. 또한, 무선 센서 네트워크를 액세스하는 적어도 하나의 이동 수집기의 액세스 패턴은 미리 정의되어있지 않다.

또한, 적어도 하나의 실시예에 따르면, 시스템은 주변환경의 특성을 측정하고 단거리 무선 통신을 통해 통신하는 다수의 수단을 포함하는 무선 센서 네트워크를 포함한다. 이 시스템은 적어도 하나의 측정 수단을 액세스하여 이들과 함께 필요한 통신을 수행하기 위한 다수의 수단을 더 포함하는데, 이 다수의 액세스 수단은 독립적으로 이동가능하며 무선 센서 네트워크의 통신 범위 밖에서 진행하고, 적어도 하나의 액세스 수단은 적어도 하나의 측정 수단 범위 내에서 진행하여 액세스 수단으로 하여금 적어도 하나의 측정 수단과 필요한 통신을 수행하도록 할 경우 통계적 확률이 존재한다.

더 나아가, 적어도 하나의 실시예에 따르면, 하나의 방법은 적어도 하나의 이동 데이터 수집기를 사용하여 무선 센서 네트워크의 적어도 하나의 노드로부터 적어도 하나의 데이터 수집 및 그로의 데이터 통신을 수행하는 단계를 포함한다. 적어도 하나의 이동 데이터 수집기는 적어도 하나의 노드와의 일시적 통신을 위한 범위 내에 있는지 여부를 결정한다. 일시적 통신에 적절한 범위 내에 있는 것으로 결정된 경우, 적어도 하나의 이동 데이터 수집기는 기상 신호(wake-up signal)를 적어도 하나의 노드에 전달하여 이 노드로 하여금 자신의 전력을 통신에 적절한 레벨로 증가시키도록 한다.

앞서 설명한 내용들은 후속하는 본 발명의 상세한 설명이 보다 잘 이해될 수 있도록 하기 위해 본 발명의 특징 및 기술적 장점들에 대해 다소 폭넓게 약술하였다. 본 발명의 청구항의 주제를 형성하는 본 발명의 부가적인 특징 및 장점은 이하에서 설명될 것이다. 개시되어 있는 개념 및 특정 실시예는 본 발명의 동일한 목적을 달성하기 위해 다른 구조체로 변경 또는 수정하는 기초로서 쉽게 이용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 이러한 등가의 구조는 첨부한 청구항에서 설명된 본 발명으로부터 벗어나지 않는다는 것도 이해해야 한다. 동작의 조직 및 방법 모두에 대하여 본 발명의 특성으로 여겨지는 새로운 특징은 또 다른 목적 및 장점과 함께 첨부한 도면과 연계하여 후속하는 설명으로부터 보다 잘 이해될 것이다. 그러나, 각각의 도면은 예시 및 설명용으로만 제공되고 본 발명을 제한하려 하지는 않는다는 것을 명백히 이해된다.

본 발명의 보다 완전한 이해를 위해, 이제 첨부한 도면과 연계하여 후속하는 상세한 설명을 참조한다.

본 발명의 소정의 실시예의 관점을 보다 완전히 이해하기 위해, 무선 센서 네트워크로부터 측정 데이터를 수집하는 종래기술에서 제안된 기술의 간단한 설명이 적절하게 이루어진다. 무선 센서 네트워크는 보통 저전력 무선 링크를 통해 통신을 하고 배터리에 의해 전력을 공급되는 소형의 센서 장치(또는 "노드")의 집합으로서 구현된다. 위에서 설명한 바와 같이, 무선 센서 네트워크의 노드는 ad-hoc 방식으로 분포될 수 있다. 이러한 ad-hoc 센서 네트워크에서, 센서 노드 사이의 통신은 전형적으로 전통적인 네트워크 측정 시스템에 대해 설계된 통신 토폴로지(topology)와는 달리 스스로 ad-hoc 네트워크를 구성하는 프로토콜을 통해 이루어진다. 이들 센서 노드는 일반적으로 배터리 전력에 의해 동작하고 몇 년 동안 유지될 것으로 예상되기 때문에, 전형적으로 계산량에 대해, 특히 센서 노드의 통신의 양 및 범위에 대해 심각한 제약이 있다. 그 결과, 배터리 소모를 제한하는 쪽으로 조정된 다양한 통신 알고리즘 및 동작 파라메터가 제안되어 왔다.

무선 센서 네트워크는 멀리 떨어져서 또는 전통적인 네트워크 및 전력에 대한 액세스가 이용가능하지 않은 환경에 설치된다. 이들 무선 네트워크는 보통 무선 네트워크의 하나 이상의 지점에서 측정 데이터를 수집하도록 설계되는데, 센서 노드로부터 측정 데이터를 수집하고 이러한 데이터를 원격의 노드(최종 사용자 또는 애플리케이션일 수 있음)로 전달하기 위해 특별 장치("에지" 또는 "수집기"로 지칭될 수 있음)가 필요하다. 전형적으로, 종래의 네트워크와 통신하여 중앙 서버와의 접속을 제공하는, 보다 높은 전력을 공급받는 라디오 또는 다른 장치가 "에지"에 포함된다. 이것은 다수의 애플리케이션에 있어서 뚜렷한 단점이다. 예를 들어, 센서 네트워크는 장거리 통신에 대한 적절한 기반시설이 존재하지 않는 곳과 같은 고전력 라디오 또는 다른 장거리 통신 장치가 불편하거나 실용적이 못한 곳에 위치할 수 있다. 또 다른 예로서, 에지 노드 및 이 에지 노드로 통하는 경로 상의 노드에 대한 통신 수요는 과도한 전력을 소모하도록 하는데, 이것은 또 다른 장거리 통신 장치를 이용하여 네트워크의 토폴로지를 재구성함으로써 전력 소모를 대략 균일하게 하기 위해 부가적인 프로토콜 및 오버헤드를 필요로 할 수 있다. 또한, 장거리 라디오를 갖는 노드는 고가이다.

도 1을 참조하면, 전통적인 무선 센서 네트워크의 예시적인 구현이 도시되어 있다. 보다 구체적으로, (특정 배치법 또는 ad-hoc 분배법을 통해) 배열된 다수의 센서 노드(102)를 포함하는 무선 센서 네트워크(101)를 포함하는 시스템(100)이 도시되어 있다. 센서 노드(102)는 단거리 무선 통신을 통해 서로 통신할 수 있다. 예를 들어, 각각의 센서 노드는 근방에 있는(예를 들어, 소정의 유형의 단거리 무선 통신에 대해 겨우 30 피트 떨어져 있음) 또 다른 로컬 센서 노드(즉, 무선 센서 네트워크(101) 내의 또 다른 센서 노드)와 무선으로 통신할 수 있다. 또한, 다수의 이러한 노드(102)는 대규모(예로, 10 평방 마일) 영역에 걸쳐 분포될 수 있고, 센서 노드는 이러한 영역에 걸쳐 그들 사이에서 통신 네트워크를 형성한다.

무선 센서 네트워크(101)는 센서 노드(102)로부터 측정 데이터를 수집하고 이러한 측정 데이터를 원격 노드(106)에 전달하는, 움직이지 않는, 위치적으로 고정된 수집기(또는 "에지") 노드(103)도 포함한다. 하나 또는 그 이상의 이러한 수집기 노드(103)는 무선 센서 네트워크(101) 내에 포함될 수 있고, 수집기 노드(들)(103)는 전형적으로 센서 노드(102)와 상호작용하여 무선 센서 네트워크 내에서 수집기 노드를 형성한다. 수집기 노드(103)는 전형적으로 보다 높은 전력을 공급받는 라디오 또는 다른 장거리 통신 장치를 포함하여 수집된 측정 데이터를 종래의 통신 네트워크(105)를 통해 무선 센서 네트워크(101)로부터 멀리 떨어져 위치한 노드(106)에 전달한다. 사용자(107) 및/또는 애플리케이션(107)과 같은 애플리케이션은 원격 노드(106)에서 이 측정 데이터를 이용할 수 있다. 수집기 노드(103) 및 이것으로 통하는 경로 상의 센서 노드(102)에 대한 통신 수요는 전형적으로 그들로 하여금 전력 손실을 겪게 한다. 이것은 또 다른 장거리 통신 장치를 이용하여 네트워크 토폴로지를 재구성함으로써 전력 소모를 대략 균일하게 하기 위해 부가적인 프로토콜 및 오버헤드를 필요로 할 수 있다. 또한, 장거리 라디오를 갖는 수집기 노드(103)는 고가이다.

무선 센서 네트워크로부터 측정 데이터를 수집하기 위해 제안된 또 다른 기법은 Chakrabarti 외 다수에 의한 "Using Predictable Observer Mobility for Power Efficient Design of Sensor Networks", F. Zhao 및 L. Guibas(Eds.): IPSN 2003, LNCS 2634, pp. 129-145, 2003에 개시되어 있다. 이 기법은 본 명세서에서 도 2를 참조하여 간략히 설명된다. 도 2는 다수의 센서 노드(201)가 배열된 무선 센서 네트워크(200)를 도시한다. 예를 들어, 도 1의 센서 노드(102)와 마찬가지로, 센서 노드(201)는 단거리 무선 통신을 통해 서로 통신할 수 있다. 루트(203)에 대해 예상할 수 있는 이동성을 갖는 이동 수집기(202)는 센서 노드(201)로부터 측정 데이터를 수집하는데 사용된다. 즉, 이동 수집기(202)는 사전결정된 스케쥴에 따라 루트(203)를 진행한다는 점에서 예측가능한 이동성을 갖는다. 그러므로, 그것의 진행 루트 및 그것의 진행 스케쥴 모두는 예측가능하다. 예를 들어, 센서 노드(201)는 대학 캠퍼스 주위에 분포될 수 있고, 캠퍼스 버스는 수집기 노드를 포함할 수 있어 수집기 노드는 (버스 루트/스케쥴에 따라) 예측가능한 이동성을 갖는다.

본 발명의 실시예는 또한 이동 수집기를 사용하여 무선 센서 네트워크를 액세스한다. 보다 구체적으로 위에서 설명한 도 2의 제안된 기법에 대조해, 소정의 실시예에서 무선 센서 네트워크에 대해 예측불가능한 이동성을 갖는 하나 이상의 이동 수집기가 배치되어 무선 센서 네트워크를 액세스하는데 사용된다. 예를 들어, 이러한 이동 수집기의 진행 루트 및/또는 스케쥴은 무선 센서 네트워크에 대해 예측불가능하다. 무선 센서 네트워크를 액세스하는 도 1 및 도 2의 위의 예시적인 기법에서, 무선 센서 네트워크로부터의 데이터 수집에 관한 공간 및 시간적 확실성은 수집 기법 내에 설계된다. 예를 들어, 데이터 수집기는 도 1의 기법에서 무선 센서 네트워크 내에서 고정되는데, 이 데이터 수집기는 원하는 데이터 수집에 이용가능하다. 센서 네트워크 전력 소모를 대략 균일하도록 재구성되는 경우에, 재구성은 결과적인 네트워크 경로가 이동 수집기의 고정된 경로 상에 위치하도록 하여, 전력 평균화를 수행할 수 있는 능력을 제한하도록 보장해야 한다. 도 2의 예시적인 기법에서, 무선 센서 네트워크에 대해 예측가능한 이동성을 갖는 이동 수집기가 사용되는데, 이 이동 수집기의 이동성은 알려져 있어 원하는 수집에 이 수집기가 이용가능(즉, 특정 기간 동안 특정 장소에서 이용가능)하다.

무선 센서 네트워크의 액세스에 대해 공간적 및 시간적 확실성을 갖는 액세스 기법에 의존하기보다는, 본 발명의 소정의 실시예는 무선 센서 네트워크의 액세스에 대해 통계적 확률에 의존하는 액세스 기법을 이용한다. 예를 들어, 무선 센서 네트워크를 액세스하도록 동작하는 다수의 이동 수집기를 배치함으로써, 어느 지점(또는 동시에 다양한 지점)에서, 적어도 하나의 이동 수집기는 무선 센서 네트워크의 범위 내에서 진행하여 그들을 액세스할 수 있다(예를 들어, 이동 수집기는 무선 센서 네트워크로부터 데이터를 수집할 수 있고 또는 이동 수집기는 데이터를 무선 센서 네트워크에 전달할 수 있다). 공간적 및 시간적 확실성이 액세스 기법에 설계되어 있지 않기 때문에, 이하에서 설명되는 실시예는 주어진 애플리케이션에 대해 원하는 대로 무선 센서 네트워크를 액세스하도록 관리하는 시스템 및 방법을 제공한다.

물론, 이동 수집기에 의한 액세스 확률은 이동 수집기의 캐리어를 지능적으로 선택함으로써 영향을 받을 수 있다. 예를 들어, 애플리케이션에 사용하기 위해 측정 데이터를 수집하도록 주기적으로 액세스되도록 요구되는 무선 센서 네트워크가 대도시에 존재하는 것으로 가정한다. 대도시 내 및 주변의 택시 운전자는 전화 호출(휴대 전화기의 보통 기능) 뿐만 아니라 그로부터 데이터를 수집하기 위해 무선 센서 네트워크와 상호작용할 수 있는(따라서 이동 데이터 수집기로서 동작할 수 있는) 휴대용 전화기를 공급받는다. 일부 경우에, 택시 운전자는 휴대전화를 인수하기 위해 할인율과 같은 인센티브를 제공받을 수 있다. 그러므로, 이러한 택시 운전자가 관심 범위의 무선 센서 네트워크 내에 규칙적으로 들어오게 될 확률은 매우 높을 수 있지만, 다양한 택시 운전자에 의한 무선 센서 네트워크의 액세스 패턴은 제어 또는 고정되지 않는다(예를 들어, 임의의 하나 이상의 택시 운전자가 무선 센서 네트워크의 범위 내에서 언제 진행하는 지에 대한 패턴은 제어 또는 고정되지 않는다).

택시 운전자 외에 또는 그 대신에, 관심 무선 센서 네트워크가 설치된 대도시 내 및 주위의 우편 집배원도 이러한 휴대용 전화기를 제공받을 수 있다. 우편 집배원은 택시 운전자보다 규칙적으로 다니는 보다 많은 규정된 루트를 가지고 있다(예를 들어, 각 우편 집배원은 때때로 변경될 수 있는 할당된 우편 루트를 가질 수 있다). 그러나, 이러한 휴대용 전화기를 우편 집배원 및/또는 택시 운전자에 배포함으로써 야기되는 무선 센서 네트워크의 원근법적인 액세스 패턴은 제어되지 않는다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 한 예시를 도시하는 도면이다. 도시되어 있는 바와 같이, 시스템(300)은 다수의 센서 노드(예를 들어, 측정 프로브)(302)를 구비한 무선 센서 네트워크(302)를 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "센서"는 무선 센서 네트워크(301)에서 임의의 노드를 포함하는데, 예를 들어 감지(또는 탐침), 발동 작용(actuation), 계산, 데이터 저장 및 데이터 전송과 같은 작업들 중 하나 이상을 수행하는 기능을 갖는 노드를 제한 없이 포함한다. 그러므로, 센서 노드(302)는 감지(또는 탐침)를 수행하는 노드에 제한되지 않고, 무선 센서 네트워크(301) 내에 부가적인 또는 또 다른 기능을 포함할 수 있다. 센서 노드(302)는 무선 센서 네트워크(301)에 걸쳐 ad-hoc 방식으로 분포될 수 있거나(따라서 무선 센서 네트워크(301)는 ad-hoc 네트워크일 수 있다) 또는 센서 노드(302)는 그들의 특정 배치법에 따라 배열될 수 있다. 또한, 소정의 구현에서, 센서 노드(302)의 일부 또는 모두는 위치적으로 고정되지 않는 이동 노드일 수 있다.

위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예는 센서 노드(302)로부터 측정 데이터를 수집하거나 센서 노드(302)에 정보를 전달하는, 예측불가능한 이동성(예를 들어, 무선 센서 네트워크(301)에 의해 제어되지 않거나 그에 알려져 있지 않은 이동성)을 갖는 이동 수집기 노드(예를 들어 도 3의 노드(303 _A 및 303 _B )를 이용한다. 이러한 이동 수집기 노드를 구현하는데 무선(예를 들어, 휴대용) 전화기를 사용하는 다수의 예가 본 명세서에 설명되어 있지만, 통신 기능을 갖는 임의의 다른 이동 장치가 유사한 방식으로 구현될 수 있는데, 예를 들어 PDA, 자동차, 카메라, 선박, 항공기 등을 포함하나 여기에 제한되지 않는다. 또한, 무선 센서 네트워크의 하나 이상의 노드와 무선 통신을 통해 통신하는 이동 수집기 노드(예를 들어, 도 3의 노드(303 _A 및 303 _B )를 사용하� � 다수의 예가 본 명세서에 설명되어 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 이러한 무선 통신은 현재 알려져 있는 또는 이후에 개발될 임의 유형의 무선 통신을 포함하려 하는데, 예를 들어 라디오 주파수(RF), 적외선, 초음파, 바코드 스캐닝, RFID, 케이블 및 셀룰러를 포함하나 여기에 제한되는 것은 아니다. 또한, 무선 센서 네트워크의 하나 이상의 노드와 무선 통신을 통해 통신하는 이동 수집기 노드(예를 들어 도 3의 노드(303 _A 및 303 _B ))를 사용하는 다수의 예가 본 명세서에서 설명되어 있지만, 또 다른 실시예는 다른 유형의 통신 링크를 이용할 수 있는데, 예를 들어 이동 수집기 노드와 센서 노드 사이에 과도기적인(또는 일시적인) 통신 결합을 형성하는 물리적 결합(예로, 카드 리더 또는 크래들 내로 이동 수집기 노드의 전부 또는 일부의 물리적 삽� �, 케이블을 통한 물리적 결합)을 포함한다.

소정의 구현에서, 이동 수집기 노드는 무선 전화기, PDA 등과 같은 소비자 장치 내에서 구현될 수 있고, 이러한 이동 수집기 노드는 이 소비자 의 이동성을 사용하여 센서 노드(302)로부터 측정 데이터를 수집하거나 그로 정보를 전달한다. 물론, 이 소비자의 이동성은 무선 센서 네트워크(301)에 대해 예측 불가능하거나 그에 의해 제어되지 않는다. 또한, 소비자는 센서 노드(302)의 위치를 모를 수 있고, 또는 소비자는 그/그녀의 이동 통신 장치가 센서 노드(302)로부터 측정 데이터를 수집하거나 그로 정보를 전달하는 작업을 수행한다는 것을 모를 수 있다.

도 3의 예에서, 예측 불가능한 이동성을 갖는 두 개의 예시적인 이동 수집기가 도시되어 있다. 이동 수집기(303 _A )는 예측 불가능한 이동성(304 _A )을 갖는다(예를 들어, 이동 수집기(303 _A )의 진행 루트 및 스케쥴은 무선 센서 네트워크(301)에 의해 예측 불가능/제어되지 않는다). 그들의 제각기의 진행 루트에 따른 어느 지점에서, 이동 수집기(303 _A 및 303 _B ) 각각은 이 예에서 하나 이상의 센서 노드(302)와의 통신 범위 내로 진입한다. 물론, 그들의 이동성은 예측 불가능하기 때문에, 주어진 이동 수집기 노드는 센서 노드(302)의 통신 범위 내에서 진행하지 않는 경우, 다수의 경우가 있을 수 있거나 장기간이 걸릴 수 있다. 이하에서 더 설명되는 바와 같이, 이동 수집기(303 _A 또는 303 _B )가 통신 범위 내에서 진행하는 경우 센서 노드(302)는 인식될 수 있다(예를 들어, 이동 수집기에 의해 인지될 수 있다).

도 3은 이동 수집기(303 _A )가 제 1 센서 노드(302)의 통신 범위 내에서 이동하고 그와의 통신을 수립하는 예를 도시한다. 이동 수집기(303 _A )는 자신 상에 동작하는 애플리케이션(307)을 가질 수 있는 원격 노드(306)에 대해 통신 네트워크(305)를 통해 장거리 통신을 수행할 수 있다. 이동 수집기(303 _A )는 그것과의 통신 동안 센서 노드(302)로부터 측정 데이터를 수신할 수 있다. 이러한 측정 데이터는 이동 수집기(303 _A )가 통신을 하는 센서 노드에 의해 수집된 측정 데이터 및/또는 이동 수집기(303 _A )가 통신하는 센서 노드에 의해 (예를 들어, 단거리 무선 통신을 통해) 수신된 다른 센서 노드에 의해 수집된 측정 데이터를 포함할 수 있다. 이동 수집기(303 _A )는 수신된 측정 데이터를 장거리 통신 네트워크(305)를 통해 원격 노드(307)에 전달할 수 있다. 덧붙여 또는 이와 달리, 이동 수집기(303 _A )는 원격 노드(306)(예를 들어, 애플리케이션(307))로부터 정보를 수신할 수 있고 그와의 통신 동안 그 정보를 센서 노드(302)에 전달할 수 있다. 예를 들어, 이러한 정보는 제어 인스트럭션, 다운로드가능 코드, 경고 임계값, 셋포인트 및 액추에이터값일 수 있다.

도 3의 예에서 더 도시되어 있는 바와 같이, 이동 수집기(303 _B )는 또 다른 센서 노드(302)의 통신 범위 내에서 진행하고 그것과의 통신을 수립한다. 이동 수집기(303 _A )와 마찬가지로, 이동 수집기(303 _B )는 원격 노드(306)에 대해 통신 네트워크(305)를 통해 장거리 통신을 수행할 수 있다. 그러나, 이 예에서, 이동 수집기(303 _B )는 센서 노드(302)와 통신하는 경우 장거리 통신을 수행할 수도 없다. 예를 들어, 이동 수집기(303 _B )는 장거리 통신 네트워크(305)의 범위 밖에 있을 수 있다. 그러나, 이동 수집기(303 _B )는 센서 노드(302)로부터 이것과의 통신 동안 측정 데이터를 수신할 수 있다. 이에 덧붙여 또는 이와 달리, 이동 수집기(303 _B )는 이러한 이동 수집기(303 _B )가 통신 네트워크(305)의 통신 범위 내에 있었을 때 원격 노드(306)(예를 들어, 애플리케이션(307))로부터 미리 수신된 정보를 가질 수 있고, 이동 수집기(303 _B )는 이 정보를 센서 노드(302)로 그것과의 통신 동안 전달할 수 있다. 센서 노드(302)로부터 측정 데이터를 수신한 후, 이동 수집 노드(303)는 이후에 장거리 통신을 할 수 있는데, 그것은 센서 노드(302)로부터 수신한 임의의 측정 데이터를 원격 노드(306)에 전달한다. 예를 들어, 도 3의 예에서, 이동 수집기(303 _B )의 진행 루트(304 _B )는 결국 장거리 통신 네트워크(305)의 통신 범위 내에서 이루어지고 그 때의 이동 수집기(303 _B )는 센서 노드(302)로부터 수신된 임의의 측정 데이터를 원격 노드(306)에 전달한다.

도 4는 본 발명의 보다 구체적인 구현의 예를 도시한다. 도 4의 예는 두 개의 무선 센서 네트워크(예를 들어 ad-hoc 센서 네트워크), 즉 N1 및 N2를 포함하는 시스템(400)을 도시한다. 무선 센서 네트워크(N1)는 현재 알려져 있는 또는 이후에 개발될 임의의 적절한 프로토콜(예를 들어, 임의의 적절한 ad-hoc 프로토콜)을 사용하는 단거리 무선을 통해 서로 통신을 하는 센서 노드의 집합(예를 들어, 측정 장치, 액추에이터 등)(401 _N1 )(6각형으로 도시되어 있음)을 포함한다. 무선 센서 네트워크(N1)의 적어도 하나의 장치(402 _N1 )(사각형으로 도시되어 있음)는 무선 센서 네트워크에 가담하는 것 외에 이동 수집기 장치(예를 들어, 이 특정 예에서는 휴대용 전화기)와 상호작용할 수 있다.

유사하게, 무선 센서 네트워크(N2)는 현재 알려져 있는 또는 이후에 개발될 임의의 적절한 프로토콜(예를 들어, 임의의 적절한 ad-hoc 프로토콜)을 사용하는 단거리 무선을 통해 서로 통신을 하는 센서 노드의 집합(예를 들어, 측정 장치, 액추에이터 등)(401 _N2 )(6각형으로 도시되어 있음)을 포함한다. 무선 센서 네트워크(N2)에 있는, "액세스 지점"으로 지칭되는 적어도 하나의 장치(402 _N2 )(사각형으로 도시되어 있음)는 무선 센서 네트워크에 가담하는 것 외에 이동 수집기 장치(예를 들어, 이 특정 예에서는 휴대용 전화기)와 상호작용할 수 있다.

소정의 구현에서, 개개의 센서 노드(401 _N1 및 401 _N2 ) 및/또는 액세스 지점(402 _N1 및 402 _N2 )의 하나 이상은 이동성을 가질 수 있어서 그들은 서로에 대해 이동할 수 있다. 또한, 소정의 구현에서, 센서 네트워크(N1 및 N2)는 서로에 대해 이동할 수 있는데, 예를 들어 그들은 합병, 분할, 구성요소 교환, 오버랩 등이 되는 경우를 포함할 수 있다. 또한, 도 4의 예에서 센서 네트워크(N1 및 N2) 각각에 대해 하나의 액세스 지점이 도시되어 있지만, 다른 구현에서는, 주어진 센서 네트워크 내에 다수의 액세스 지점이 존재할 수 있다. 더 나아가, 센서 노드(401 _N1 및 401 _N2 )는 액세스 지점 노드(402 _N1 및 402 _N2 )와 반드시 다른 것은 아니다. 즉, 무선 센서 네트워크 내의 서브 세트 또는 전체 세트는 적절한 센서 네트워크 통신 프로토콜이 사용되는 경우 액세스 지점으로 설계될 수 있다.

이 예에서, 휴대용 전화기(A 및 B)는 예측 불가능한 이동성을 갖는 이동 수집기 노드로서 구현된다. 예를 들어, 이 특정 예에서는 휴대용 전화기(A)는 예측 불가능한 루트(403 _A )를 진행하고 휴대용 전화기(B)는 예측 불가능한 루트(403 _B )를 진행한다. 그러므로, 이 이동 수집기 노드는 이동 센서 노드 및 이동 수집기 노드 모두가 될 수 있다. 예를 들어, 수집기 노드(A)는 자동차, 휴대용 전화기, 휴대 정보 단말기(PDA), 카메라, 계산기, 자유로이 움직이는 부이(free-floating buoy), 선박, 항공기 등을 사용하여 구현될 수 있다. 이러한 결합형 수집기 및 이동 센서는 예를 들어 후속하는 특징, 즉 1) 다른 장치와 통신할 수 있는 기능, 2) 측정 프로세스를 관리할 몇몇 계산 리소스의 유용성, 3)측정 장치(예를 들어, 센서 및/또는 액추에이터)에 대한 내부적 또는 외부적 액세스, 및 4) 단지 통계적으로만 알려질 수 있는 임의의 주어진 시간과 공간에서의 장치의 위치와 사용가능성을 포함할 수 있다. 이러한 이동 센서 노드의 예는 동시 계류 중이고 본 출원인에게 양도된, 2002년 11월 27일에 "SYSTEM AND METHODS FOR MEASUREMENT AND/OR CONTROL USING MOBILE PROBES"라는 제목으로 출원된 미국 특허 출원 번호 제 10/306,940 호에 더 설명되어 있으며, 이것의 개시물은 본 명세서에서 참조로서 인용된다. 소정의 구현에 있어서, 임의의 이들 센서 네트워크(301)(N1 및 N2)는 임의의 다른 센서 노드의 통신 범위 내에 반드시 존재할 필요없이 그들의 제각기의 주변환경에 대한 데이터를 측정(또는 감지)할 수 있다.

도 4의 예에서 이동 수집기 노드로서 휴대용 전화기가 사용되지만, 휴대용 전화기는 이러한 이동 수집기 노드로서 사용될 수 있는 장치의 일 예일 뿐이다. 그러므로, 본 발명의 실시예들은 이동 수집기 노드로서 휴대용 전화기를 구비한 구현에 제한되지 않고, 오히려 충분한 장거리 통신 기능을 갖는 다른 이동 장치가 유사한 방식으로 이용될 수 있다. 이동 수집기 노드로서 이용될 수 있는 다른 예의 장치는 PDA, 랩탑과 같은 소비자 장치, 및 a) 예를 들어 블루투스, 802.11과 같은 기법 또는 액세스 지점에 의해 지원되는 다른 단거리 무선 통신을 사용하여 무선 센서 네트워크의 액세스 지점(예를 들어, 도 4의 액세스 지점(402 _N1 및 402 _N2 ))과 통신하기 위해 그리고 b) 예를 들어 WiFi를 통해 원격의 애플리케이션 서버를 지원하는 일반적인(또는 장거리) 통신 기반시설과 통신할 수 있도록 하기 위해 장착된 다른 소비자 장치, 또한 마찬가지로 장착된, 예를 들어 지게차, 가드(guards)에 의해 수송되는 와치 클록, 자동차에 설치된 전용 기구 등의 상업적/산업적 장치를 포함하나 여기에 제한되는 것은 아니다.

무선 센서 네트워크(N1 및 N2)로부터 멀리 떨어져 위치한(즉, 이러한 무선 센서 네트워크(N1 및 N2)의 노드의 통신 범위 밖의) 애플리케이션(406)도 시스템(400)에 포함되어 있다. 애플리케이션(들)은 서버(406) 상에 상주할 수 있고, 서버(406)는 예를 들어 도시되어 있는 인터넷을 통해 휴대용 전화기 기반시설과 통신하도록 구현된다. 예를 들어, 휴대용 전화기(A 및 B)는 정상적인 방식으로 도 4의 셀룰러 액세스 지점(C1 및 C2)과 같은 셀 타워(cell towers)(또는 다른 액세스 지점에서 기반시설로)와 통신한다. 애플리케이션 서버(406)는 예를 들어 이더넷 접속(또는 다른 적절한 접속) 내지 인터넷(다른 네트워크)(407)을 통해 휴대용 전화기 기반시설에 통신가능하게 결합된다. 하나의 애플리케이션 서버만이 도 4의 예에 도시되어 있지만, 또 다른 구현에서는 복수의 서버가 존재할 수 있다. 또한, 이러한 애플리케이션 서버는 독립적으로 동작하는 애플리케이션일 수 있고 리던덴시(redundancy)를 제공할 수도 있으며, 분산형 애플리케이션을 구현할 수 있다.

소정의 실시예에서, 휴대용 전화기(A 및 B)는 이하에서 더 설명되는 특별 무선 링크를 통해 무선 센서 네트워크와 상호작용한다. 휴대용 전화기(A 및 B)의 사용자가 취하는 경로는 무선 센서 네트워크(N1 및 N2) 또는 애플리케이션 서버(406)에 의해 스케쥴링되어 있지 않다. 오히려, 위에서 설명되어 있는 바와 같이, 이러한 휴대용 전화기의 이동성은 일반적으로 예측 불가능하다(예를 들어, 휴대용 전화기의 캐리어의 특정 루트 및/또는 특정 진행 스케쥴은 일반적으로 예측 불가능하다). 센서 네트워크(N1 및 N2) 중 하나의 근처에서 자신을 발견하는 휴대용 전화기는 적절한 상호작용을 수행하여 데이터 제공 또는 검색할 것이다. 무선 센서 네트워크의 충분한 샘플링을 유지하는 것은 휴대용 전화기(및/또는 다른 이동 수집기 장치)의 보급(pervasiveness)에 달려있다. 즉, 고정된 이동 수집기 즉 예측가능한/고정된 이동성(예를 들어, 고정된 진행 루프 및 스케쥴)을 갖는 이동 수집기에 의존하기 보다는, 예측 불가능한 이동성을 갖는 이동 수집기에 의존함으로써, 센서 네트워크로부터의 데이터 수집 및/또는 그로의 데이터 전달은 고정된 확실성보다 통계적 확률(배치된 이동 수집기의 보급에 적어도 부분적으로 기반을 둠)이 된다. 휴대용 전화기는 관심 범위에 있을 수 있는 모든 무선 센서 네트워크와 접촉할 것 가능성은 없지만(예를 들어 도 4에 도시된 바와 같이, 휴대용 전화기(B)는 무선 센서 네트워크(N1)의 근처에는 진행하지 않는다), 이동 수집기로서 충분한 휴대용 전화기를 배치함으로써, 어떤 휴대용 전화기는 관심 범위에 있는(예를 들어, 서버(406) 상의 애플리케이이션(들)에 관심이 있는) 적어도 하나의 무선 센서 네트워크와 접촉하게 될 상당한 가능성이 있다.

소정의 구현에서, 이동 수집기와 액세스 지점 사이의 상호작용에 대한 어떤 형태의 순서가 유도될 수 있다. 이동 수집기는 센서 네트워크와의 상호작용 확률을 증가시키도록, 예를 들어 공간 커버리지의 확률 밀도를 증가시키도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 이동 수집기로서 사용될 휴대용 전화기는 개별 제어하에 배치될 수 있는데 그 동작(예를 들어, 진행 습관)은 데이터 수집 프로세스에 유리할 수 있지만 정상적인 산란형 네트워크 기법을 가능하게 하기 위해 시간 또는 공간에 대해 반드시 충분히 예측 가능할 필요는 없다. 예를 들어, 이동 수집기를 구현하는 이러한 휴대용 전화기는 지원 직원(utility personnel), UPS 트럭, 경찰차 등에 의해 휴대될 수 있다. 이들 모든 경우에 있어서, 무선 센서 네트워크는 어느 캐리어가 전화기 또는 그들의 특정 진행 습관(예를 들어, 그들의 특정 루트)을 취하는지는 알지 못한다. 또한, 루트는 날마다 변경될 수 있다.

예측 불가능한 이동성을 예시하는 부가적인 예는 후속하는 것을 포함하나 여기에 제한되는 것은 아니다.

1) 대학교에서 센서 네트워크(들)로부터 데이터를 수집하기 위해 이동 수집기(예를 들어, 휴대용 전화기)를 대학생에게 제공한다. 학생들은 전형적으로 캠퍼스 주위에서 고정된 진행 루트를 따르지 않고, 그들이 수강 스케쥴이 있을 지라도, 그들은 때때로 강의에 출석하지 않고 그들의 수강 스케쥴은 학기마다 변경된다.

2) 대도시(예를 들어, 다운타운 시카고 또는 뉴욕시)에 위치하는 회상의 직원들에게 이들 대도시 내 또는 주변에서 센서 네트워크로부터 데이터를 수집하기 위한 이동 수집기를 제공한다. 직원들은 그들의 직업을 위해 정기적으로 통근을 하지만, 그들은 때때로 다른 루트를 취하기로 결정할 수 있거나 예를 들어 그들의 작업량에 따라 날마다 다른 작업 스케쥴을 가질 수 있다.

3) 택시 운전자에게 이동 수집기를 제공하되, 다수의 택시 전반에 걸쳐 충분히 거주하고 있는 경우, 수집기는 도시의 상당한 커버리지를 제공할 수 있지만, 임의의 주어진 택시에 대한 특정 이동성(또는 진행 패턴)은 무선 센서 네트워크에 대해 예측 불가능하다.

4) 센서 네트워크의 근처에 있는 코스에서 플레이하는 알려져 있는 골퍼에게 이동 수집기를 제공하되, 각 골퍼가 코스에서 플레이하는 특정 규칙성 및 시간은 예측 불가능하고(예를 들어, 골퍼는 일주일에 토요일 아침에 플레이할 수 있고, 2달 후에 목요일 오후에 플레이할 수 있다), 골퍼의 진행(코스 주변일지라도)은 비교적 예측 불가능한데, 그 이유는 코스 주변의 골퍼의 진행은 그 볼을 치는 곳에 매우 의존하기 때문이다.

일반 대중의 수중에 있는 휴대요 전화기(및/또는 다른 이동 장치)는 이들 전화기가 임의의 필요한 애플리케이션의 다운로드를 수용할 수 있고 또한 적절하게 장착(예를 들어, 무선 센서 네트워크의 액세스 지점과의 통신을 위해)되도록 제공된다는 점에서 이동 수집기로서 사용될 수 있다. 이동 수집기로서 사용되는 소비자 장치의 보급을 증가시키기 위해, 경우에 따라 소비자에게 인센티브를 줄 수 있다. 예를 들어, 적절하게 설정된 휴대용 전화기(또는 다른 이동 장치)의 가격을 할인하거나 휴대용 전화기를 켜두거나 정해진 시간에 통화를 하는 경우 가격을 할인하는 등과 같은 인센티브를 소비자에게 줌으로써, 소비자에게 원하는 행동을 취하도록 장려할 수 있다.

소정의 실시예에서, 이동 수집기 그 자체가 애플리케이션(의 적어도 일부분)을 포함할 수 있고, 따라서 그것은 무선 센서 네트워크에서 원격 노드로 수신된 측정 데이터를 반드시 통신할 필요는 없다. 예를 들어, 각각 서버 애플리케이션을 포함하는 이러한 이동 수집기 장치의 집합은 적절한 링크를 통해 서로 통신하여 분포형 버전의 애플리케이션 서버(406)를 수립할 수 있다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따라 통신을 위해 사용되는 인터페이스가 설명된다. 도 5는 장거리 통신(예를 들어, 이 예에서는 셀룰러 링크(503)를 통한)용의 인터페이스 "A"와 도 4의 위에 예의 액세스 지점(402 _N1 및 402 _N2 )과 같은 무선 센서 네트워크의 액세스 지점(502)과의 통신을 위한 인터페이스 "B"를 구비한 이동 수집기 장치(501)를 도시한다. 액세스 지점(502)은 통신 링크(504)를 통해 이동 수집기(501)와 통신하기 위한 인터페이스 "C"와 단거리 무선 통신 링크(505)를 통해 무선 센서 네트워크의 적어도 하나의 다른 센서 노드와 통신하기 위한 인터페이스 "D"를 포함한다.

도 5의 예는 무선 센서 네트워크의 액세스 지점(502)과 원격 서버(406) 사이의 데이터의 경로의 적어도 일부분을 형성할 수 있는 통신 링크를 도시한다. 이것은 도 5에서 연속적이고, 안정적인 경로로 도시되어 있지만, 이것은 실제 경우는 아니다. 아래의 표(1)는 도 4의 것과 같은 예시적인 구현에 따른 센서 노드와 애플리케이션 서버(406) 사이의 통신 경로의 다양한 부분에 대한 적절한 시간적 특성을 나열한다. 이 예시적인 구현은 다양한 세그먼트에 대해 아주 다양한 대기시간 값을 갖는다. 이것은 액세스 지점의 물리적 설계와 정보 모델 및 알고리즘에 대한 논리적 설계 모두에 대해 상당히 영향을 끼칠 수 있으며, 이는 이하에서 더 설명된다. 물론, 이와 다른 구현은 아래의 표(1)의 예시적인 구현에서 추산된 것과 같은 상당한 대기 시간을 가지지 않을 수 있다(또는 심지어 보다 심각한 대기 시간을 가질 수 있다).

표(1)에 도시되어 있는 바와 같이, 도 4의 예시적인 구현에 대해, 센서 노드(예를 들어, 무선 센서 네트워크(N1)의 센서 노드(401 _N1 ))와 액세스 지점(무선 센서 네트워크(N1)의 액세스 지점(402 _N1 ) 사이의 통신에 대한 전형적인 대기 시간은 센서 네트워크 설계에 따라(예를 들어, 그것의 수립된 구성에 따라), 수 초에서 수 시간이다. 또한, 도시되어 있는 바와 같이, 액세스 지점과 이동 수집기(예를 들어, 도 4의 휴대용 전화기) 사이의 통신에 대한 전형적인 대기 시간은 수 분에서 수 일이다. 물론, 이 액세스는 특성상 확률적이고, 그러므로 대기 시간은 배치되어 있는 이동 수집기의 보급 및/또는 이동 수집기가 배치되는 캐리어의 선택에 따라 감소될 수 있다. 또한, 이 통신에 대한 대기 시간은 꽤 가변적일 수 있다. 예를 들어, 휴대용 전화기 캐리어는 하루 � �안(또는 출근 시간과 같은 하루 중 소정의 기간 동안) 대도시의 무선 센서 네트워크와 정기적으로 접촉할 수 있고, 저녁 시간 동안 무선 센서 네트워크와 빈번히 접촉할 수 있다. 그러므로, 이동 수집기와 센서 노드 사이에서 일시적인 통신이 링크되는 시간은 변경될 수 있고 무선 센서 네트워크에 대해 예측 불가능할 수 있다.

표(1)에 더 도시되어 있는 바와 같이, 도 4의 예의 이동 수집기(예를 들어, 휴대용 전화기)와 셀룰러 타워(예를 들어, 셀룰러 타워(C1 또는 C2)) 사이의 통신에 대한 전형적인 대기 시간은 셀룰러 네트워크의 위치 및 기반시설에 따라 수 초에서 수 일이다. 또한, 셀룰러 타워(예를 들어, 셀룰러 타워(C1 또는 C2)와 원격 서버(406) 사이의 통신에 대한 전형적인 대기 시간은 인터넷의 특성에 따라 수 밀리초이다.

지점(p ₁ )에 위치한 센서 노드(401 _N1 )(도 4의 예의 무선 센서 네트워크(N1) 내에 존재함)를 고려하고 시간(t ₁ )에서의 측정값(m ₁ )을 관찰한다. 무선 센서 네트워크(N1) 내에서, 이 정보는 네트워크 기법에 따라(예를 들어, 구현되는 네트워크 통신 프로토콜에 따라) 지점(p2)에 위치한 액세스 지점 장치(402 _N1 )로 전파된다. 일반적으로, 정보 트리플릿(m ₁ ,p ₁ ,t ₁ )은 얼마간의 이후의 시간(t2)에서 지점(p2)에 위치한 액세스 장치에 도달할 것이다. 센서 구성요소의 설계 및 사용되는 특정 네트워크 프로토콜(예를 들어, ad-hoc 네트워크 프로토콜)은 공간 및 시간 스탬프(p ₁ 및 t ₁ )가 어떻게 할당되는지를 결정한다. 사용될 수 있는 다양한 예들이 이하에서 설명된다.

사용될 수 있는 하나의 프로토콜에 따르면, 센서 노드의 클록이 적절한 네트워크 프로토콜(예를 들어, ad-hoc 네트워크 프로토콜)을 통해 액세스 지점(402 _N1 )의 클록에 동기화되는 경우, t ₁ 은 그 센서 노드에 할당될 수 있다. 이와 달리, 액세스 지점(401 _N1 )은 수신시 t ₁ 을 할당하여 또한 네트워크의 토폴로지 및 크기에 대한 지식에 따라 정정 및/또는 불확실성을 할당할 수 있다. 어느 경우에서나, t ₁ 은 액세스 지점(402 _N1 )의 클록 시기(clock epoch)에 관련된다. 또 다른 예는 센서 노드 자체 또는 예를 들어 위성 위치 확인 시스템("GPS")과 같이 시간에 대해 외부적인(즉, 무선 센서 네트워크에 대해 외부적인) 소스에 동기화될 액세스 지점에 대한 것이다. 이 경우에, t ₁ 은 외부적인 클록 소스에 대해 관련된 것일 것이다. 그러나, 대부분의 무선 센서 네트워크에 대해, 이 후자의 예는 센서 노드의 전력 소비에 대한 제한에 의해 배제될 것이다.

유사한 상황이 공간 스탬프(p ₁ )에 적용된다. 무선 센서 네트워크(N1)의 센서 노드는 예를 들어 GPS를 통해 시스템으로부터 자신의 위치를 알 수 있지만, 전력 제약이 주어질 가능성은 적다. 무선 센서 네트워크(N1)가 어떻게 구성되었냐에 따라, 주어진 장치(또는 "노드")는 구성 동안 명시적인 할당을 통해 자신의 위치를 알 수 있다. 보다 가능성있게는, 적절한 ad-hoc 프로토콜를 통해 액세스 지점 또는 개별 장치는 자신의 상대적 공간 위치를 알 수 있다. 어느 경우에서나, 액세스 지점은 절대적인 공간 스탬프 또는 p ₁ 에 대한 자신의 위치에 대해 상대적인 공간 스탬프를 획득 또는 할당할 수 있을 것이다. 최소한, 액세스 지점은 전형적으로 통신 경로에 대한 노드 및 논리적 거리의 무선 범위 한정(wireless range limitation)으로부터 액세스 지점에 대해 주어진 센서 노드의 위치의 공간적 불확실성을 추정할 수 있다. 마찬가지로, 액세스 지점 그 자체는 구성, 또는 PGS 또는 유사한 시스템으로의 액세스로부터 p ₂ 에 대한 절대값을 획득할 수도 있고 할 수 없을 수도 있다. 본 명세서에서 설명한 실시예들은 무선 센서 네트워크(예를 들어, ad-hoc 네트워크)의 공간적 토폴로지가 적절한 시기에 서로에 대해 또는 절대적으로 고정될 것을 요구하지 않는다는 것을 인지해야 한다. 노드들은 이동할 수 있기 때문에, {p _i )는 각각의 대응(t _i )에 대해 전부 다를 수 있는데, "i"는 측정 경우에 대한 인덱스이다.

개념적으로, 측정치 세트{(m _i , p _i , t _i )}의 집합과 공간 및 시간 및 그들의 불확실성의 가능한 할당은 도 5에 도시된 액세스 지점(502)의 "D" 측면(또는 인터페이스)에 발생한다. 본 발명의 소정의 실시예에서, 예를 들어 도 4의 예시적인 구현에서, 센서 노드와 애플리케이션 서버(406) 사이의 통신 대기 시간은 일반적으로 꽤 가변적인데 그 이유는 경로는 상이한 t ₁ 에 대해 다를 확률, 예를 들어 상이한 이동 수집기 장치(예를 들어, 휴대용 전화기)가 포함될 수 있는 확률이 높기 때문이다. 또한, 다양하고 상이한 이동 수집기 장치의 이동성(예를 들어, 루트 및 진행 스케쥴)에 따라, 소정의 구현에서 동일한 데이터가 동일한 또는 상이한 이동 수집기 장치에 의해 무선 센서 네트워크의 액세스 지점으로부터 여러번 수집될 수 있다. 이러한 이유로, 도 5의 액세스 지점(502)의 "D" 측면(또는 인터페이스)은 후속하는 정보가 각 측정치마다 모호하지 않고 명백하도록 측정치 세트{(m _i , p _i , t _i )}를 조립한다.

(a) 측정값{m _i }의 표현. 이것은 값과, 값이 저장 유형과 관련하여 표현되는 방식의 해석가능한 사양 및 측정 단위를 포함할 수 있다.

(b) 측정치의 시간적 부분 순서화, 즉 {t _i }. 다수의 애플리케이션에 대해, 특히 다수의 무선 센서 네트워크가 포함되는 경우, 전체 순서화(total order)를 지정하는 기능이 흔히 요구되며, 특성은 측정 기술 분야의 전문가에 의해 잘 이해된다. 이러한 전체 순서화는 무선 센서 네트워크마다의 액세스 지점 장치에서 절대적 시간스탬프 또는 클록에 대해 상대적인 시간스탬프를 사용함으로서 달성될 수 있다.

(c) 공간적 사양에 대한 존재하는 유사한 특성, {p _i }. 최소한, 액세스 지점에 대한 상대적인 공간적 토폴로지가 제공되어야 한다. 다수의 센서 네트워크가 포함되는 경우, 각 센서 네트워크의 액세스 지점(들)의 공간적 위치를 명확히 하는 기법이 이용될 수 있다. GPS와 같은 절대적 기준이 이상적이지만, 이하에서 더 설명되는 바와 같이, 공간적 위치의 명백화는 어느 경우에서 이동 수집기 장치와의 상호작용을 통해 달성될 수 있다.

(d) 대부분의 시스템에 대해, 공간 및 시간 스탬프에 대한 불확실성의 추정치를 적어도 제공하여 애플리케이션 서버에서 적당한 순서지정 및 비교를 가능하게 하는 것이 바람직할 것이다. 일반적으로, 불확실성은 또한 값 속성(vale attributes)에 매우 유용할 수 있는데 그 이유는 장치가 무선 센서 네트워크에 사용되는 경우 시간에 따른 다수의 센서 또는 단일 센서의 칼리브레이션 문제가 증가할 수 있기 때문이다.

(e) 다양한 부류의 명칭은 후속하는 기능들 중 하나 이상에 대해 유용할 수 있다.

i) 명칭은 때때로 공간 정보 대신에 사용될 수 있다. 예를 들어, 장치의 위치가 알려져 있는 경우, 장치에 대한 공간 정보는 단지 그 장치에 대응하는 명칭을 수신함으로써 결정될 수 있다. 이것은 설계된 정적 시스템에서 가능할 수 있지만 대부분의 간단한 단일의 ad-hoc 네트워크 시스템을 제외한 시스템에서는 가능하지 않을 수 있다.

ii) 명칭은 때때로 측정 단위 및/또는 표현 정보 대신에 또는 그를 명확하게 하기 위해 사용된다. 자명한 또는 정적으로 설계된 시스템에서, "단위" 또는 저장 유형은 명칭을 통해 이해될 수 있으나, 몇몇 시스템에서 이것은 복잡성 때문에 처리하기 어려울 수 있다. 공칭적으로 동일한 위치(p _i 의 불확실성 내에서) 및 동일한 단위를 갖는 두 개의 측정치를 명확하게 하기 위해 명칭이 사용될 수 있는 경우가 있다. 예를 들어, 수중에 떠다니는 단일 센서 노드는 물 및 공기 온도 모두를 측정할 수 있다. 이 예에서, 단위는 동일할 수 있고 공간 위치는 명목상 동일할 수 있어, 명칭 또는 등가물을 사용하여 보고된 측정치를 명확하도록 한다.

iii) 일반적으로, ad-hoc 네트워크(들)에서는 명칭이 필요한데 그 이유는 두 개의 네트워크를 위치 또는 다른 속성으로부터 명확히 할 수 있는 보장이 없기 때문이다. 예를 들어, 다수의 ad-hoc 네트워크는 중첩될 수 있고 이 네트워크의 위치적 불확실성은 너무 커 공간적 좌표에 기초하여서는 명확한 구별을 할 수 없다.

f) 무선 센서 네트워크의 개개의 노드(예를 들어, 센서 노드, 액세스 지점 등)의 식별은 관련 노드를 특정 네트워크(특히 ad-hoc 네트워크)와 정확하게 연관시키도록 요구될 수 있다. 예를 들어, 특정 무선 센서 네트워크 구현에 따라, 다음과 같은 것에 보장이 없을 수 있다. 즉, i) 특정 노드는 항상 동일한 네트워크에 존재할 것이라는 것과, ii) 임의의 네트워크에 존재할 것이라는 것과, iii) 동시에 다수의 네트워크에 참가하지 않는다는 것과, iv) 상황은 정적이라는 것이다. 식별 정보는 이들을 논리적으로 해결하는 방법을 제공한다. ad-hoc 센서 네트워크는 단거리 무선을 통해 통신하기 때문에, 공간적 위치, 신호 세기 등의 변화와 같은 사소한 차이는 다수의 네트워크에 대해 특정 노드의 소속(membership)을 변화시킬 수 있다. 범용 고유 식별자("UUID")는 노드를 유일하게 식별하는 하나의 예시적인 구현이다.

위의 관점을 달성하기 위해, 무선 센서 네트워크로의 액세스를 위한 표준의, 균일한 데이터 모델이 예를 들어 액세스 지점(502)의 인터페이스 "D"용으로 이용될 수 있다. 균일한 데이터 모델은 어떤 데이터 요소가 존재하는지에 대해 정의된 시스템 전체 사양이다. 이러한 데이터 모델의 예는 표준 IEEE 1451.1 및 IEEE 1451.2에서 알 수 있다.

도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 액세스 지점(502)은 무선 센서 네트워크 내의 센서 노드와 통신하기 위한 인터페이스 "D"와 이동 수집기(501)와 통신하기 위한 인터페이스 "C"를 포함한다. 그러므로, 액세스 지점(502)의 두 개의 측면(인터페이스)은 다소 상이한 통신 프로토콜을 지원한다. 이동 수집기(501)의 예측 불가능한 이동성 때문에, 고정된 기반시설(이동 수집기는 움직이지 않거나 예측 가능한 소정의 위치에 존재한다)과의 상호작용할 때와는 상당히 다른 다양한 문제점이 발생하며, 이들 중 일부는 이하에서 더 설명된다.

액세스 지점(502)의 "C" 및 "D" 측면(인터페이스)의 시간 반응은 완전히 다를 수 있다. "D" 측면은 그것의 무선 센서 네트워크의 시간 비율(time scale), 샘플링 사양에 대해 동작한다. "C" 측면은 이동 수집기(501)와의 통신에 사용되는 통신 프로토콜에 대한 시간 비율, 샘플링 사양 등에 대해 동작한다. 액세스 지점(502)과의 일시적인 통신 링크를 형성하는(예를 들어, 통신 범위 내로 진입하는) 하나 이상의 이동 수집기(501)(예를 들어, 도 4의 휴대용 전화기)의 다소 랜덤한 출현에 통신이 의존한다는 점에서 "C" 측면은 매우 확률적이다. 따라서, 액세스 지점 장치(502)는 "C" 측면이 통신을 수립할 때까지 무선 센서 네트워크로부터 정보를 캐싱하도록 준비되어야 한다. 일반적으로, 이 캐싱은 무선 센서 네트워크의 센서로부터의 측정 데이터에 대해 여러번 취득하는 것이 바람직할 것이며, 이는 위에서 설명한 데이터 모델을 구현하는(예를 들어, 모호함을 해결하기 위한) 또 다른 이유이다. 액세스 지점(502)은 이 캐싱 특징에 의해 악화된 메모리 제한 때문에 데이터 폐기 또는 감축 정책을 더 구현할 수 있다. 물론, 측정 데이터의 포착물이 모두(실질적으로 모두) 필요한 것은 아닌 소정의 구현에서, 액세스 지점(502)과 이동 수집기 장치(501) 사이의 통신 시에 센서에 의해 수집된 최근의 측정 정보가 사용될 수 있고, 그 경우, 액세스 지점(502)은 최근의 정보 이상을 저장하는 캐시를 필요로 하지 않을 수 있다(또는 액세스 지점(502)은 센서로부터의 정보를 미리 저장할 필요는 없을 수 있지만, 대신 이동 수집기가 통신을 하기에 충분히 근접해 있다는 것을 인지한 후에 센서를 폴링할 수 있고, 센서로부터 데이터 수신시 그것을 이동 수집기로 중계할 수 있다).

다수의 구현에서, 둘 이상의 이동 수집기(501)가 액세스 지점(502)에서 캐시를 유지하면서 시간 프레임 내에서 액세스 지점(502)을 액세스할 확률이 높기 때문에 또 다른 문제점이 발생한다. 이것은 중복의 메시지가 액세스 지점(502)과 다른 이동 수집기(501) 사이에 송신 및 수신되도록 한다. 애플리케이션 서버(406)에 정보를 전송함에 있어, 다수의 메시지는 시스템의 신뢰도 및 성능을 증가시킬 것인데, 그 이유는 메시지를 전달하는 임의의 주어진 이동 수집기(501)에 대한 시간 길이는 달라질 수 있고 또는 그 시도는 실패할 수도 있기 때문이다. 그러므로, 수신지에 의해 해결될 복사본은 원격 노드(406)에서 시기 적절하게 측정 정보를 수신하도록 도울 수 있다. 다시, UUID, 시간 및 공간 스탬프는 이러한 유형의 구현에 사용되어 원격 서버(406)에서 여러번 수신되는 동일한 메시지 사이의 모호함을 피하거나/해결할 수 있다. 액세스 지점(502)에서 정보를 수신하는 경우, 이것은 시간차가 많은 경우에 다수의 상이한 이동 수집기(501)로부터 중복의 메시지로서 나타날 수 있다. 예를 들어, 다양하고 상이한 이동 수집기(501)는 무선 센서 네트워크에 제공될 메시지(예를 들어, 원력 노드(406)로부터)를 획득할 수 있고, 시간이 지남에 따라 이동 수집기들 중 다수는 이 메시지를 액세스 지점(502)에 전달할 수 있으며, 액세스 지점(502)은 이들 메시지를(예를 들어, UUID 등을 사용하여) 해제한다. 물론, 제 1 이동 수집기가 메시지를 액세스 지점(502)에 전달하는 경우, 이러한 이동 수집기는 이 통신을 원격 노드(406)에 보고할 수 있고 이 원격 노드(406)는 이어서 자신이 통신할 수 있는 다른 이동 수집기로 하여금 조기의 요청을 무시하여 메시지를 이러한 액세스 지점(502)에 제공하도록 한다. 비록, 원격 노드(406)가 메시지를 액세스 지점(502)에 전달하기 전에도 조기의 요청을 무시하라는 인스트럭션을 이동 수집기에 전달할 수 없는 경우가 있을 수 있지만, 이러한 경우 액세스 지점(502)은 이중의 메시지를 어떠한 식으로 해제해야 한다.

위에서 설명한 바와 같이, 액세스 지점(502)의 절대적 위치(p ₂ )는 대부분의 애플리케이션에서 요구되기 때문에 또 다른 문제점이 발생한다. GPS는 위치(p ₂ )를 결정함에 있어 금전상의 비용 또는 에너지 측면에서 매우 고가일 것이다. 그러나, 여러 유형의 이동 수집기 장치(501)(예를 들어 휴대용 전화기)는 GPS 또는 그들의 제각기의 통신 기반시설과의 통신을 통해 비교적 정확하게 자신의 절대적 위치를 알 수 있다. 이동 장치(501)와 액세스 지점(502) 사이의 무선 링크의 특성은 알려져 있기 때문에, 이동 장치(501)의 절대적 위치에 대한 액세스 지점(502)의 위치는 이동 수집기의 불확실성 및 링크 특성에 의해 정의된 이동 수집기의 위치의 범위(예를 들어, 원형) 내에 존재하는 것으로 추정될 수 있다. 이 정보는 애플리케이션 레벨에서 해제되도록 원격 노드(406)에 전송된 정보와 묶여질 수 있다. 원격 노드는 액세스 지점(502)과 통신할 때 다양하고 상이한 이동 수집기로부터 수신된 이러한 위치 정보를 사용하여 위치(p ₂ )를 보다 정확하게 결정할 수 있다. 액세스 지점(502)의 "C" 인터페이스가 다수의 이동 수집기(501)와의 상호작용을 통해 그 위치를 결정함에 있어 통계학을 이용하는 것도 바람직할 수 있다. 이것은 고정된 위치 또는 ad-hoc 네트워크를 이동시키는 얼마간의 움직인 조정에 대해 시간에 따른 위치를 보다 정확하게 결정할 수 있게 해 준다.

액세스 지점(502)에서 위치 통계학이 사용되는 경우, 그들은 보고 이전에 각 측정치에 대한 상대적 공간 값(p _i )을 해결하는데 사용될 수 있다. 물론 ad-hoc 네트워크의 이차원(2D) 공간 배향의 두 개의 요소, 즉 병진(translation) 및 회전이 존재한다. 하나의 액세스 지점(502)만 존재하는 경우 병진값만이 센서 노드로부터의 절대 기준없이 결정될 수 있다. 두 개의 액세스 지점(502)이 있되, 이들 모두는 이동 수집기(501)와의 상호작용의 결과로서 자신의 위치의 절대적 결정을 점점 정확하게 하는 경우, 회전 요소도 추정될 수 있다. 이것은 ad-hoc 네트워크 내에서 이러한 정보의 교환을 통해 이루어질 수 있거나 또는 단지 (예를 들어 원격 서버(406)의) 애플리케이션 층까지 전달되어 풀이될 수 있다. 회전 요소 결정의 정확성은 액세스 지점 위치 데이터의 불확실성에 따라 또한 ad-hoc 네트워크의 크기에 대한 협력 액세스 지점 사이의 거리에 따라 달라질 것이다.

또한 위에서 설명한 바와 같이, 액세스 지점(502)의 절대적 시간 비율이 흔히 애플리케이션에 대해 필요하기 때문에 문제가 발생한다. GPS는 흔히 시간 비율을 결정하는데 사용하기에는 금전적 비용 또는 에너지 측면에서 매우 고가일 것이다. 그러나, 여러 유형의 이동 수집기 장치(501)(예를 들어, 휴대용 전화기)는 GPS 또는 그들의 제각기의 통신 기반시설와의 상호작용을 통해 적절한 정확성을 갖고 그들의 절대 시간을 알 수 있을 것이다. 이 정보는 액세스 지점(502)에 전달되어, 액세스 지점이 측정 데이터의 임의의 상대적 시간(t _i )을 절대적 시간으로 변환할 수 있게 해준다. 공간적 경우에서와 같이, 액세스 지점(502)은 다수의 상이한 이동 수집기(501)와의 여러 상호작용으로부터 발생되는 연속적인 '재동기화'에 대해 통계를 유지하여, 액세스 지점(502)의 내부 클록이 이동 수집기의 통신 기반시설(예를 들어, 셀룰러 통신 기반시설)에 기초를 둔 외부 시간에 동기화시킨다. 또한 공간적 경우에서와 같이, ad-hoc 네트워크 내에 다수의 액세스 지점이 존재하는 경우, 이 정보는 공유되어 이러한 ad-hoc 네트워크 내의 전체 동기화를 개선시킬 수 있다.

액세스 포인트(502)의 "C" 인터페이스의 물리적 설계는 적절한 통신 프로토콜을 통해 이동 수집기(501)와 통신할 수 있다. 블루투스, 802.11 등과 같은 이러한 단거리 무선 통신 프로토콜이 예를 들어 사용될 수 있다. 이동 수집기(501)와 액세스 지점(502) 사이의 일시적 통신을 위한 다양한 다른 적절한 통신 프로토콜이 또 다른 실시예에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 이동 수집기(501)와 액세스 지점(502) 사이의 물리적 결합이 (예를 들어, 케이블, 크래들 내로의 삽입 등을 통해) 이루어질 수 있고 그들 사이에 일시적인 통신 링크를 제공한다. 예를 들어, 이동 수집기(501)의 캐리어는 그 주변에 있는 경우 그들의 제각기의 이동 수집기(501)와 액세스 지점(502) 사이에 물리적 결합을 형성하기 위해 인센티브(예를 들어, 그들의 휴대용 전화기에 대한 몇 분의 무료 통화)를 받을 수 있다. a) 이동 수집기(501)와 액세스 지점(502) 사이와 b) 액세스 지점(502)의 활동(예를 들어, 무선 센서 네트워크의 센서 노드에 의한 측정 데이터 수집) 사이의 액세스 타이밍 사이의 큰 불균형은 이하에서 더 설명될 문제점을 야기한다.

특히, 액세스 지점(502)은 이동 수집기(501)와 접촉하기 위해 "항상 온 상태"로 대기하는 것을 제외한 전원(보통 배터리) 한계를 가질 수 있다. 액세스 지점(502)의 무선 센서 네트워크 측면 상에서, 이 문제는 예를 들어 무선 링크를 기상시키는 것을 스케쥴링함으로서 관리될 수 있다. 액세스 지점(502)의 이동 수집기 측면 상에서, 이것은 확률적이고, 불행히도, 잠재적으로 액세스 사이의 긴 갭이 있기 때문에 불가능하다. 이 문제를 해결하기 위한 하나의 방법은 매우 낮은 전력을 갖거나 또는 이동 수집기(501)와 액세스 장치(502)의 "C" 측면 사이에 수동적인 기상 링크, 예를 들어 이하에서 더 설명되는 라디오 주파수 식별("RFID") 기법을 갖는 것이다.

수동 RDID 기법은 이동 수집기(501)와 액세스 지점(502) 사이의 통신을 수립하는데 적용될 수 있고, 몇몇 상황에서 적어도 이동 수집기(501)에서 액세스 지점(501)으로의 방향으로 전체 링크를 구성할 수 있다. 그러므로, RFID 센서는 본 명세서에서 설명한 ad-hoc 네트워크 아키텍쳐의 퇴보한 증상(degenerate manifestation)으로 여겨질 수 있다. RFID 기법의 보통 모드에 대한 약간의 변형도 적절할 수 있다. 통상, 능동 RFID 판독기는 수동 장치로 에너지를 유도하며 이 수동 장치는 응답(ID)을 엔코딩하고 그것 다시 판독기에 반환하여 질의하여 얻은 재활용된 에너지를 사용하게 한다. 본 애플리케이션에서, 부가적인 기능은 보다 높은 용량의 채널(예를 들어, 블루투스 등)에 대한 액세스 지점(502)의 수신기/송신기를 턴온하여 그로부터 캐시 데이터를 이동 수집기(501)로 전달할 수 있다.

몇몇 경우에서, 액세스 지점(501)의 수동 RFID 검출로의 전달에 적합하도록 이동 수집기(RFID 링크의 능동 종단)로부터의 데이터를 엔코딩하는 것이 바람직할 수 있다. 이 정보는 바람직하게 RF 전송의 종단 가까이에서 엔코딩되어 충분한 에너지가 이동 수집기(501)에 의해 수집되어 이동 수집기에 의한 엔코딩된 정보의 디코딩을 허용할 수 있다. 이 RFID 기법의 사용은 선택적 기상 또는 예를 들어 엔코딩에 기반을 두고 수행될 다른 기능을 가능하게 한다.

도 5의 예에서 도시되어 있는 바와 같이, 이동 수집기(501)는 일시적인 통신 링크(예를 들어, 단거리 무선 통신, 일시적인 물리적 결합 등)를 통해 액세스 지점(502)과의 통신을 위한 하나의 인터페이스 "B"와, 셀룰러 통신과 같은 장거리 통신(503)을 통해 원격 노드(406)와 통신을 하기 위한 또 다른 인터페이스 "A"를 포함할 수 있다. 그러므로, 이동 수집기(501)가 휴대용 전화기, PDA 등인지 간에, 그것은 정규 통신 기반시설(예를 들어, 휴대용 전화기에 대한 셀룰러 기반시설)로의 정상적인 통신 링크에 덧붙여 액세스 지점(502)으로의 통신을 물리적으로 그리고 논리적으로 지원할 것이다. 물리적으로, 이것은, 이들 이동 수집기 장치(501)의 "B" 측면은 블루투스, 802.1.1., RFID 등과 같은 선택된 적절한 일시적 링크 기법을 지원한다는 것을 내포한다.

논리적으로, 앞서 설명한 정보 모델 및 통신을 지원하는 것에 덧붙여, 소정의 구현에서 "B" 측면은 이러한 액세스 지점(502) 중 하나 이상과 콘택트가 이루어질 때까지 액세스 지점(502)으로 유도된 정보를 캐싱하는 기능을 갖는다. 또한, 소정의 구현에서, "B" 인터페이스는 원격 서버(406)로 이러한 정보의 장거리 통신을 할 수 있을 때까지(예를 들어, 도 4의 예에서와 같이 휴대용 전화기에 의해 셀 타워와의 콘택트가 이루질 때까지) 액세스 지점(502)으로부터 수신된 정보를 캐싱할 수 있다. 다시, 이동 수집기(501)의 "A" 및 "B" 측면 상에서 보여진 시간 비율은 다르고, 다수의 구현에서는 동시 접촉은 예외일 것이다. 다수의 애플리케이션에서, 이동 수집기(501)가 무선 센서 노드로부터 데이터를 수집하는 어떤 애플리케이션을 포함할 수 있다는 측면을 제외하면 이동 수집기(501)는 (서버(406)에서 동작하는) 애플리케이션에 의해 제어되지 않을 것이다. 그러므로, 임의의 애플리케이션 특정 또는 무선 센서 네트워크 특정 정보는 (이동 수집기(501) 또는 무선 센서 네트워크로의) 통신 시간뿐만 아니라 최종적으로 원하는 통신을 수행하게 될 특정 이동 수집기(들)도 미리 알려져 있지 않다는 링크의 통계적 특성을 이해하면서 통신되어야 한다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 하나의 예시적인 실시예에 대한 동작 흐름도가 도시되어 있다. 동작 블록(601)에서, 센서 노드는 (ad-hoc 방식 또는 정밀한 배치법을 통해) 분배되어 무선 센서 네트워크를 형성한다. 위에서 언급한 바와 같이, 소정의 구현에서 이러한 센서 노드의 일부 또는 전부는 이동가능한 노드(예를 들어, 휴대용 전화기)이다. 동작 블록(602)에서, 무선 센서 네트워크에 대해 예측 불가능한 이동성을 갖는 적어도 하나의 수집기가 배치된다. 이러한 이동 수집기는 후속하는 단계 즉, 1) 무선 센서 네트워크의 적어도 하나의 노드로부터 데이터를 수집하는 단계와, 2) 무선 센서 네트워크의 적어도 하나의 노드에 데이터를 전달하는 단계 중 적어도 하나를 수행하는데 사용된다. 도 6의 예시적인 블록(602 _A -602 _C )에 도시되어 있는 바와 같이, 소정의 구현에서 이러한 방식으로 이동 수집기를 사용하는 단계는 이동 수집기가 무선 센서 네트워크의 노드의 통신 범위 내에 있는지를 결정하는 단계(블록 602 _A )를 포함한다. 예를 들어, 이동 수집기가 이러한 노드의 통신 범위에 존재하는 때를, 장소에 대한 이전의 지식을 통해서, 또는 표지를 통해 또는 센서 네트워크 트래픽을 청취함으로써, 또는 긍정적인 결과를 생성하는 RF-ID 기상 신호를 폴링함으로써, 또는 시간이나 다른 이벤트 또는 조건에 의해 알 수 있다. 그것이 노드의 통신 범위 내에 있는 것으로 결정되는 경우, 이동 수집기는 "기상" 신호(예를 들어, RFID 기법을 사용하여)를 무선 센서 네트워크의 노드에 전송할 수 있다(동작 블록(602 _B ). 동작(602 _A 및 602 _B )은 기상 신호가 센서 네트워크의 존재를 검출하는데 사용되는 경우 하나의 동작으로 합병될 수 있다. 그런 다음, 이동 수집기가 무선 센서 네트워크의 노드로부터 데이터를 수신 및/또는 그로 데이터를 전달할 수 있다(동작 블록(602 _C )).

동작 블록(603)에서, 이동 수집기가 원격 노드의 통신 범위 내에 있는지에 대한 결정이 이루어진다. 범위 내에 있는 경우, 동작 블록(604)에서 이동 수집기는 무선 센서 네트워크의 노드로부터 수신된 데이터를 (예를 들어, 장거리 통신을 통해) 원격 노드에 전달 및/또는 무선 센서 네트워크의 노드에 전달될 데이터를 원격 노드로부터 수신할 수 있다. 도 6의 예시적인 흐름도는 선형적인 흐름도로 도시되어 있지만, 이러한 선형 흐름도는 반드시 필요한 것은 아니며 특히 이동 수집기가 다수의 센서와 동시에 접촉하는 경우 다수의 이들 동작들이 동시에 일어날 수 있다는 점에서 다수의 실제 구현을 정확하게 나타낼 수는 없다. 예를 들어, 배치되는 이동 수집기의 이동성의 예측 불가능한 특성 때문에, 이동 수집기가 센서 노드 또는 원격 노드의 통신 범위 내에 있는지에 관한 블록(602 _A 및 603)의 결정은 지속적으로 동시에 모니터링되는 결정일 수 있다.

이제 도 7을 참조하면, 본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 대한 흐름도가 도시되어 있다. 도시되어 있는 바와 같이, 센서 노드는 동작 블록(701)에서 무선 센서 네트워크에 분배되어 있다. 블록(702)에서, 다수의 이동 수집기기 배치된다. 블록(703)에서, 이동 수집기는 무선 센서 네트워크의 적어도 하나의 노드로/그로부터 데이터 통신을 수행하는데 사용되며, 데이터 통신은 통계적 확률에 의존하여 이동 수집기의 적어도 하나는 적어도 하나의 노드의 통신 범위 내에서 진행하여 원하는 방식으로 그것과 함께 통신을 할 것이다. 즉, 실질적으로 랜덤하게, 무질서하게, 혼돈스럽게, 또는 엔트로피 방식으로 진행하면서 무선 센서 네트워크에 출현하는 이동 수집기의 풀을 구현하되, 풀 내의 임의의 이동 수집기가 사용되어 무선 센서 네트워크를 액세스할 수 있게 함으로써, 충분히 큰 이동 수집기의 이동 풀이 주어진 경우, 이들 수집기 중 일부는 무선 센서 네트워크를 정기적으로 충분히 접하게 되어 원하는 애플리케이션을 지원하게 될 경우에 통계적 확률을 신뢰한다.

위에서 설명한 바와 같이, 무선 센서 네트워크의 노드는 전형적으로 그들의 이용가능한 에너지에 대해 제한을 갖는다. 또한, 휴대용 전화기와 같이 이용될 수 있는 다수의 이동 수집기 장치도 이 아키텍쳐의 설계를 제약할 수 있는 에너지 저장에 대한 한계를 가질 수 있다. 무선 센서 네트워크는 전형적으로 소형의 배터리로 장기간 동작하도록 설계되어 통신 능력을 상당히 제한하고 보다 적은 범위의 계산을 갖게 한다. 휴대용 전화기와 같은 다수의 이동 장치는 그들의 배터리를 재충전하는 기회 사이에서 몇 시간 동안 동작하도록 기대될 수 있다.

이하에서 더 설명하는 바와 같이, 휴대용 전화기와 같은 소정의 이동 수집기 장치를 사용함으로써 인에이블링되는 애플리케이션 공간이 존재하는데, 이 애플리케이션 공간은 적은 활동의 장기간 아니라 무활동의 장기간에 의해 분리되는 적절한 활동의 단기간 동안의 무선 센서 네트워크를 최적화하는 것을 제안한다. 이 의미에서 "단" 및 "장"이라는 말은 에너지 사용 패턴에 대한 것이고, 예를 들어 단을 몇 초로 장을 몇 일로 해석할 필요는 없다. 이러한 니치(niche)에 대해, 에너지 재활용 기법은 무선 센서 네트워크의 노드에 대한 전원으로서 꽤 매력적이게 된다. 그러므로, 주변으로부터 어느 정도의 양의 에너지(진동 에너지, 태양 에너지 등)를 재활용하는 무선 센서 네트워크의 노드는 이 노드에 대해 충분하여 매 10분마다 0.1초 동안 측정 데이터의 측정 및 통신을 지원할 수 있지만, 그것은 예를 들어 매주 동작 당 몇 초 동안은 완벽하게 동작할 수 있다.

종래의 측정 아키텍쳐와는 달리, 무선 센서 네트워크에 대해 예측 불가능한 이동성을 갖는 이동 데이터 수집기를 사용하는 아키텍쳐의 소정의 구현은 애플리케이션 서버(406) 설계에 대한 소정의 요구를 제기할 수 있다. 무선 센서 네트워크(들)에 대한 서버(406) 및/또는 그 상에 동작하는 애플리케이션은 통신 채널의 타이밍에 대한 통계적 특성을 고려해야 한다. 특히, 그것은 a) 다수의/이중의 데이터 및 센서로부터의 통신 및 센서로의 전달에서 빠진 데이터의 수신, b) 통신 대기 시간에 대한 비제어, c) 무선 센서 네트워크의 개별 및 집합의 토폴로지에 대한 불확실성, d) 대부분의 측정 파라메터(값, 시간, 장소)에 대한 불확실성을 다루기 위해 준비가 되어 있어야 한다. 이것은 데이터, 이벤트, 요청 등에 대한 정확한 시간 스탬프 및 수신 사양에 대한 시간보다는 실행 사양에 대한 시간의 사용을 우선시한다. 또한, 다양한 알고리즘, 프로시저 등을 실제로 수행하는 기능에 대한 대기 시간의 영향을 결정하기 위해 애플리케이션은 조사될 수 있다. 일반적으로, 애플리케이션은 결정적인 타이밍 또는 논리적 동작이 대기 시간의 영향을 최소화하는 시스템의 한 지점에서 동작하도록 분배될 수 있다. 대부분 흔히 이것은 무선 센서 네트워크의 이동 수집기(501), 액세스 지점(502) 및/또는 센서 노드에 애플리케이션(또는 그들의 적어도 시간에 민감한 동작)을 분배한다는 것을 의미할 것이다.

잠재적 애플리케이션을 조사하는 개시점으로서, 어떤 설계의 트레이드 오프 파라메터를 고려하여 본 발명의 실시예가 바람직하게 적용될 수 있는 곳을 식별하는 것이 도움이 된다. 고려될 수 있는 하나의 파라메터는 구현의 루프 또는 반응 시간이다. 예측 불가능한 이동 수집기를 통해 무선 센서 네트워크와 상호작용하도록 요구되는 애플리케이션은 특성 시간 또는 고유 동작 주파수를 가질 수 있다. 폐쇄 루프 서보 제어에 대해, 예를 들어, 이 특성 시간은 흔히 1000분의 1초 단위로 측정된다. 모니터링함에 있어서, 이 시간은 전형적으로 측정과 결과적인 동작 사이에는 수분에서 수일이다. 무선 센서 네트워크 통신 링크(504)에 대한 이동 수집기(501)의 확률적 특성은 보통 수 시간 또는 수 일보다 짧은 반응 시간은 배제할 것이다. 그러나, 매우 짧은 시간이 예를 들어 활동의 중심, 출퇴근 시간 동안, 사업 동안 등에 존재하는 이동 수집기(501)의 매우 높은 확률에 대응하는 경우가 있다. 무선 센서 네트워크는 대부분 각 노드에서 이용가능한 전력에 따라 매우 짧은(예를 들어, 1000분의 1초) 반응 시간에서 매우 긴 반응 시간까지 지원할 수 있다.

고려될 수 있는 또 다른 파라메터는 액세스 주파수이다. 이것은 애플리케이션에 의해 무선 센서 네트워크가 얼마나 자주 샘플링되도록 요구되는지에 관한 측정이다. 오늘날까지 무선 센서 네트워크에 대한 대부분은 작업은 주기적 샘플링에 초점이 맞쳐져 왔다. 위에서 설명한 바와 같이 에너지 제한으로 인해 일반적으로 연속적인 동작은 배제된다. 이동 수집기 장치의 사용은, 액세스 지점(502) 근처 또는 샘플링에 대한 "요구"가 이루어지는 원하는 시간 근처에 이동 수집기(501)가 존재하는 적절한 확률이 낮기 때문에 주문형 동작에 사용될 수 있다. 특히 밀집한 이동 수집기 점유가 구현되는 경우, 연속적인 또는 주기적인 샘플링은 신뢰성있게 사용될 수 있다.

고려될 수 있는 또 다른 파라메터는 동작 기간이다. 이것은 애플리케이션이 무선 센서 네트워크의 액세스 주파수와는 상관없이 얼마나 오랫동안 유지되느냐에 관한 측정이다. 예를 들어, 종래의 다수의 실험실 애플리케이션은 다른 목적으로 전환되기 전에 몇 일 동안 사용될 수 있다. 다른 한편, 공장 모니터링 시스템은 몇 년 동안 유지될 수 있다. 이 아키텍쳐에서, 무선 센서 네트워크로의 전원 공급은 동작의 기간에 대해 가장 민감한 설계 이슈이다. 적절한 배터리의 에너지 저장보다 긴 동작, 아마 최적의 설계를 갖는 최대 몇 년의 동작은 연구적인 전원 접속을 요구하거나 어떤 에너지 재활용 기법의 사용을 요구한다.

고려될 수 있는 또 다른 파라메터는 선반 수명이다. 무선 센서 네트워크의 액세스 주파수가 매우 드문, 아마 몇 년마다 액세스되는 경우는 무선 센서 네트워크 및 서버 애플리케이션의 설계에 상당한 영향을 줄 수 있다. 무선 센서 네트워크에서, 전력 문제는 가장 어렵다. 배터리는 손실이 없을 지라도 유한한 수명을 갖는다. 재활용 기법 및 수동 RFID형 기법은 선반 수명을 늘이기 위해 사용될 수 있다.

고려될 수 있는 또 다른 파라메터는 설치 비용 측정이다. 하나의 설치 비용 측정은 공간적 범위/밀도이며, 이는 필요한 밀도 및 애플리케이션에 의해 요구되는 커버리지 범위에 관한 측정이다. 휴대용 전화기와 같은 다수의 이동 수집기는 자신의 위치 패턴이 가능할 지라도 이러한 장치가 한 집단에 넓게 분포되어 있기 때문에 제한적인 자세를 취하지는 않는다. 배터리를 사용하는 무선 센서 네트워크의 센서 노드는 보통 10 내지 100 미터의 영역에 걸쳐 수 미터의 공간을 차지한다. 또 다른 설치 비용 측정은 잎 노드 비용이다. 전통적인 측정 도구는 고가이고, 감독 제어 및 데이터 획득 노드는 보다 저가이며, 전형적인 공자 분배형 센서는 평균적으로 보다 더 저가이다. 오늘날 다수의 애플리케이션에 대한 주목의 대부분을 받는 센서 노드는 센트대의 목표 가격을 가져 대량의 광범위한 공간 커버리지 및 밀도를 취소 비용없이 가능하게 한다. 또 다른 설치 비용 측정은 배치 비용이다. 전통적인 측정 시스템은 전형적으로 고비용이다. 유선 전력을 필요로하는 무선 센서 네트워크는 인터넷 등에 액세스하여 배치 비용을 증가시킨다. 이동 수집기(예를 들어, 휴대용 전화기)의 사용은 노드에 대한 전력 요구가 배터리, 재활용 등에 의해 만족될 수 있다고 가정하면 단기간, 고속의, 저비용으로 설치할 수 있게 한다.

위의 측정들을 살펴보면, 이러한 예측 불가능한 이동 수집기 기법을 이용하는데 특히 적절할 수 있는 소정의 애플리케이션은 이하에서 더 설명된다. 물론, 본 발명의 실시예들은 본 명세서의 이하에서 제공된 예에 대한 적용에 제한되지 않는다. 적절할 수 있는 일 유형의 애플리케이션은 에피소드식의, 단기 애플리케이션이다. 이들 애플리케이션은, 설계 시간이 없는 빠르고, 쉬운 설치, 이동 수집기(예를 들어, 휴대용 전화기)의 보증된 제공, 짧은 애플리케이션 수명 및 무선 센서 네트워크 밀도 및 크기와 양립할 수 있는 측정치에 대한 요건에 의해 특징지어진다. 전형적으로, 배터리 파워는 짧은 시간으로 인해 문제가 되지 않는다. 독소 유출 모니터링, 화재 제어, 다수의 군 전투 작전 및 매우 붐비는 이벤트(예를 들어, "우드스톡")와 같은 긴급한 상황은 이러한 애플리케이션이 상당한 활용도를 갖는 상황이다. 경제적 가치는 신속한 설치, 시기 적절함, 측정의 커버리지 및 가능한 낮은 비용에 달려 있다. 이들 상황에서, 측정 시스템의 비용은 상황에 대한 보다 나은 제어, 안전성 등을 인에이블링함으로써(예를 들어, 사건 후 손해 비용을 감소시킴으로써) 지불될 수 있다. 휴대용 전화기와 같은 이동 수집기의 사용은 보다 큰 정보 시스템으로의 액세스, 및 상황에 대해 적응/응답하는 적절한 애플리케이션에 무선 센서 네트워크를 링크하는 비용 감소를 가능하게 한다.

또는, 중기(medium-term)의, 주기적인, 지연 시간에 엄격하지 않은 애플리케이션에도 응용될 수 있다. 이들 애플리케이션은 노드에 대한 배터리 또는 재활용된 전력 및 대기 시간의 지연 요구와 양립할 수 있는 샘플링율, 커버리지 등에 의해 특징지워진다. 이동 수집기 액세스 확률 패턴이 애플리케이션에 매칭되는 경우, 이들은 꽤 관심을 갖게 하는데, 특히 무선 센서 네트워크에 대한 이동 수집기 액세스가 전달부에서 원격 노드로(예를 들어 셀룰러 또는 다른 장거리 통신 기반시설을 통해) 적시에 분리되는 경우에 그러하다. 노드가 수확 시기 동안에만 지속될 필요가 있는 농업적 모니터링, 여름 동안의 해변과 같은 중간적 기간의 환경 및 다른 모니터링은 이러한 유형의 애플리케이션이 이용될 수 있는 예이다. 모델 변경 등으로인해 매년 광범위한 재건축을 하는 다수의 공장 및 유사한 설비는 이러한 애플리케이션도 적절할 수 있다.

고려될 수 있는 또 다른 유형의 애플리케이션은 긴 선반 수명의, 에피소드식의, 단기 애플리케이션이다. 재활용기에 의해 전력을 공급받는 미리 설치된 무선 센서 네트워크가 예를 들어 사용될 수 있다. 예를 들어, 건물에 미리 설치된 무선 센서 네트워크가 긴급 상황에서만 동작하는 긴급 응답 상황은 이러한 유형의 잠재적인 애플리케이션이다. 저비용 및 유선으로부터의 자유는 이것을 경제적으로 설치할 수 있도록 해주고 온도, 점유지, 구조적 스트레인, 인그레스-에그레스 루트 정보 등을 긴급 직원에게 제공한다.

본 발명 및 이것의 장점이 상세하게 설명되어 있지만, 첨부한 청구항에 의해 정의된 본 발명으로부터 벗어나지 않고서 다양한 변화, 대체 및 변형이 본 명세서에서 이루어질 수 있다. 또한, 본 발명의 범주는 본 명세서에서 설명한 프로세스, 머신, 제조, 사건의 구성, 수단, 방법 및 단계에 제한되지 않는다. 본 개시물로부터 쉽게 알 수 있는 바와 같이, 실질적으로 동일한 기능을 수행하거나 본 명세서에서 설명한 대응 실시예와 실질적으로 동일한 결과를 달성하도록 하는 현재 존재하는 또는 이후에 개발된 프로세스, 머신, 제조, 사건의 구성, 수단, 방법 또는 단계가 사용될 수 있다. 따라서, 첨부된 청구항은 이러한 범주의 프로세스, 머신, 제조, 사건의 구성, 수단, 방법 또는 단계 내에 포함된다.

본 발명에 따르면, 무선 센서 네트워크의 액세스에 대하여 확신을 갖도록 설계된 액세스 기법에 의존하기보다는, 본 발명은 무선 센서 네트워크의 액세스에 있어서 통계적 확률에 의존하는 액세스 기법을 사용하여 예측할수 없는 이동성을 갖는 이동 수집기가 보다 효율적으로 무선 센서 네트워크를 액세스할 수 있다.

도 1은 전통적인 무선 센서 네트워크에 대한 예시적인 구현을 도시하는 도면,

도 2는 무선 센서 네트워크로부터 측정 데이터를 수집하는 종래 기술에서 제안된 또 다른 기법을 도시하는 도면,

도 3은 본 발명의 일 실시예를 나타내는 도면,

도 4는 본 발명의 일 실시예에 대한 보다 구체적인 구현을 나타내는 도면,

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라, 이동 수집기의 인터페이스와 무선 센서 네트워크의 액세스 지점의 인터페이스를 도시하는 예시적인 통신 경로를 도시하는 도면,

도 6은 본 발명의 예시적인 실시예에 대한 동작 흐름도,

도 7은 본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 대한 동작 흐름도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

101 : 무선 센서 네트워크 102 : 센서 노드

103 : 고정 수집기 노드 105 : 통신 네트워크

106 : 원격 노드 107 : 애플리케이션

501 : 이동 수집기 장치 505 : 단거리 무선 통신